Часто задаваемые вопросы

Модемное тестирование линий ADSL

Горохов В.М.

Измерения в сетях ADSL

Методическое пособие

ОГЛАВЛЕНИЕ

• Медная пара
• Коаксиальный кабель
• Волоконно-оптический кабель
• Беспроводный доступ

В сетях абонентского доступа в настоящее время наиболее популярной остается медная пара, хотя варианты беспроводного доступа занимают вполне заметную нишу. Доступ по коаксиальному кабелю (параллельно кабельному телевидению) в нашей стране не получил практически значимого применения. Доступ по оптоволокну прямо до абонента остается слишком дорогим удовольствием.

Традиционно медные пары прокладывались для обеспечения голосовой связи и сегодня в мире насчитывается более миллиарда пар телефонных линий. Параметры линий нормализованы для передачи голоса и соответствуют стандартам канала ТфОП с полосой от 300 Гц до 3,4 кГц. С развитием компьютерной техники появилась необходимость передачи по тем же проводам не только речи, но и цифровых данных.

Самым первым решением этой задачи послужила разработка модемов, работающих в канале ТЧ.

Первый модем в был создан в 1979 году компанией Hayes Microcomputer Products и развивал скорость передачи данных 300бит/с.

Современные модемы могут обеспечивать до 56000 бит/с. Достигнутая скорость является теоретически предельной для полосы частот от 0,3-3,4 кГц c реальным значением шума. Согласно теореме Шеннона скорость V [бит/с] не может превышать значения:

здесь W - ширина используемой полосы частот [Гц], S и N - значения уровней сигнала и шума в милливаттах соответственно.

Дальнейшее увеличение пропускной способности медной пары возможно только следующими способами:

• Снятием ограничения на полосу частот
• Уменьшением уровня шумов в кабеле (нереально)
• Увеличением уровня сигнала. Этот путь также представляется чисто гипотетическим, т.к. увеличивая сигнал на своей паре мы пропорционально увеличиваем шумы соседям за счет переходного влияния. По этому во всех системах связи нормируется максимально допустимый уровень на выходе передатчика
• Увеличением количества пар между абонентом и станцией

Практически реализуемым способом при работе по одной паре остается снятие ограничения на полосу частот W, однако реализация этого варианта приводит к отказу от принципа коммутируемой линии и требует выделенной. Реально любая линия от абонента до станции является выделенной, за исключением линий спаренных телефонов и уплотненных с использованием аппаратуры АВУ.

На выделенных линиях необходимо обеспечить передачу цифровых данных и голоса.
Возможно всего три варианта:

• цифровая передача речи и данных
• обычная передача речи и передача данных с разделением по времени
• обычная передача речи и передача данных с разделением по частоте

Первым был реализован широкополосный доступ с цифровой передачей всего под названием ISDN - "Integrated Services Digital Network", цифровая сеть с интеграцией услуг. Реализация системы требует четырехпроводной линии связи и наличия специальных телефонных аппаратов. В связи со значительной стоимостью в нашей стране ISDN не получила широкого распространения.

В дальнейшем появилась серия стандартов под общим названием xDSL. В каждом конкретном случае вместо икса в стандарте стоит какая либо буква.

В таблице приведены основные параметры наиболее распространенных систем xDSL

Технология	HDSL	ADSL				VDSL
		ADSL	Litte ADSL	ADSL 2	ADSL 2+
Количество пар	2 или 3	1	1	1	1	1
Максимальная скорость к абоненту (downstream) [Мб/с]	2,048	9	1,5	12	24	52
Максимальная скорость от абонента (upstream) [Мб/с]	2,048	1,5	0,386	1	1	1,5
Максимальная длина линии [км]	3,7	5,5	5,5	5,5	5,5	1,3
Стандарт ITU	G.991.1	G.922.1	G.992.2	G.992.3	G.992.5	G.993.1
Год введения	1998	1999	1999	2002	2003	2004
Назначение	Эффективная замена первичных цифровых систем передачи типа Е1 на соединительных линиях местных сетей	Высокоскоростной ассиметричный выход в Интернет с возможностью одновременной работы по телефону. Предназначен для широкого круга пользователей в замен использования голосовых модемов				Связь на короткие расстояния

Наиболее перспективной для реализации абонентского доступа представляется система ADSL. После внедрения систем ADSL появились ее модификации. В настоящее время рынок абонентских ADSL-модемов практически полностью занят устройствами, поддерживающими протокол ADSL2+. Естественно, модемы ADSL2+ совместимы и с более ранними стандартами.

Выдержка из статьи Евдокименко и Сухановой [5]:

Что касается российского рынка, то, по прогнозу "Телеком-Форума", до конца текущего десятилетия на нем будет безраздельно господствовать технология ADSL. Абсолютное большинство российских операторов еще несколько лет не будут предоставлять доступные для массового пользователя услуги широкополосного доступа свыше 4 Мбит/с. Такие низкие скорости не требуют перехода на ADSL2+, тем более на VDSL. Тем не менее постепенно все большее количество DSLAM в российских сетях доступа будет поддерживать ADSL2+ по одной простой причине - установленная база DSLAM чрезвычайно мала, а все новые DSLAM, поступающие на рынок, за редким исключением изначально поддерживают более скоростную технологию ADSL2+. Примером может служить ADSL-сеть МГТС. После завершающегося перевооружения ее на новые DSLAM производства Nokia и Huawei все DSL-концентраторы в сети МГТС будут поддерживать технологию ADSL2+, однако реальное количество портов ADSL2+ в ближайшие два - три года не превысит одну четверть.

Еще меньше будет востребована технология VDSL. Ее внедрение имеет перспективу лишь внутри зданий. В первую очередь в гостиницах и деловых центрах, где не всегда возможна прокладка дополнительной Ethernet-сети.

СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ

Существуют две схемы подключения абонентского ADSL оборудования. С использованием частотного разделителя (сплитера) на стороне абонента и без него. Наиболее нетребовательной к качеству линии связи представляется схема с разделителем (сплитером):

Такая схема реализует широкополосный цифровой доступ и обычный телефонный канал. Частотное разделение восходящего и нисходящего информационных потоков позволяет резко снизить требования к качеству линии связи по переходному затуханию.

ЧАСТОТНОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ КАНАЛОВ

В соответствии с [1] весь частотный диапазон от 0 Гц до 1104 КГц делится на 256 отдельных подканалов с номерами от 0 до 255. Каждому подканалу отводится полоса 4,3125 КГц.

Для совместной работы ADSL и обычного телефона возможны два варианта распределения каналов.

В первом варианте нет перекрытия частотных полос на прием и передачу, что удешевляет стоимость оборудования за счет возможности отказа от системы подавления эха. При таком разделении полос также резко снижаются требования к кабелю по перекрестным влияниям на ближнем конце (NEXT). Именно по этому схема без перекрытия спектров используется, на пример, таким оператором, как Deutsche Telecom [9].

Номер канала (бина)	Диапазон частот [кГц]	Назначение
0	0÷4,3125	Обычный телефон
1÷6	4,3125÷25,875	Защитный интервал для разделения полосы телефона от частот ADSL
7÷32	25,875÷138	Полоса для передачи данных от абонента к станции (upstream)
33÷256	138÷1104	Полоса для передачи данных от станции к абоненту (downstream)

Очень часто производители не используют бины 31 и 32 для лучшего разделения потоков вверх (к станции) и вниз (к абоненту).

Второй вариант технически более сложен и восприимчив к переходному влиянию. Это так называемый случай с перекрытием спектров, позволяющий несколько увеличить скорость в нисходящем потоке. Распределение частот следующее:

Номер канала (бина)	Диапазон частот [кГц]	Назначение
0	0÷4,3125	Обычный телефон
1÷6	4,3125÷25,875	Защитный интервал для разделения полосы телефона от частот ADSL
7÷32	25,875÷138	Полоса для передачи данных от абонента к станции (upstream)
7÷255	138÷1099,688	Полоса для передачи данных от станции к абоненту (downstream)

Каналы №16 (69 кГц) и №64 с частотой 276 кГц обычно используются для пилотного сигнала нисходящего потока. Канал №256 (1104 кГц), соответствующий частоте Найквиста, зарезервирован для дальнейшего использования.

МОДУЛЯЦИЯ В КАНАЛЕ

В каждом отдельном канале (бине) осуществляется известная по обычным модемам квадратурно-амплитудная модуляция QAM с переменным параметром. Скорость передачи информации [бит/с] в канале определяется выражением:

V_i = 4000 x b_i

здесь 4000 бод - символьная скорость по каналу, b_i - количество бит приходящихся на один символ, индекс у b_i показывает номер канала. При установке связи аппаратура определяет качество линии связи и назначает величину b_i для каждого частотного канала. Для ADSL2 возможно изменение b_i не только при установке связи, но и динамически в процессе нормальной работы, путем анализа количества ошибок. В принципе максимальное значение b_i может достигать 15 битов в ADSL2, однако такое предельное значение практически нереализуемо.

Первоначальное назначение величины b_i происходит на основании измерения отношения сигнал/шум ( SNR [дБ]) на приемной стороне по каждому частотному каналу:

Полная скорость обмена определяется суммированием по всем задействованным частотным каналам:

Таким образом, набор значений b_i представляется важнейшим параметром, зависящим от качества линии, и определяющим скорость обмена. Большинство ADSL модемов позволяют через свое программное обеспечение вывести на компьютер набор b_i в виде удобной диаграммы.

Для другого модема и другой линии:

Отметим в канале №64 провалы до нуля. Это не плохой канал, просто по нему передается не информация, а пилотный сигнал.

ПРОЦЕДУРА УСТАНОВЛЕНИЯ СВЯЗИ

Процедура установления связи описывается в [1,3,6] и достаточно важна для понимания процесса адаптации оборудования к качеству линии связи. Как на абонентской, так и на станционной стороне установление связи осуществляется в четыре этапа [6]:

При инициализации измеряются физические параметры тестируемой линии [6]:

• переходная комплексная передаточная характеристика H для каждой поднесущей (канала)
• линейный шум покоя СПМ QLN(f) для каждой поднесущей
• отношение сигнал/шум SNR(f) для каждой поднесущей
• затухание линии (LATN)
• затухание сигнала (SATN)
• запас отношения сигнал/шум (SNRM)
• достижимая скорость передачи данных в сети (ATTNDR)
• суммарная мощность передачи на дальнем конце (ACTATP)

Цели получения вышеуказанной информации:

• характеристика H может быть использована для анализа физического состояния медной цепи;
• характеристика QLN может быть использована для анализа переходных влияний;
• характеристика SNR может быть использована для анализа изменений во времени переходного влияния и затухания линии (например, вследствие изменений влажности и температуры);
• комбинация характеристик H(f), QLN(f) и SNR(f) может быть использована для ответа на вопрос, почему в заданной цепи скорость передачи данных не может достичь максимума.

Для обеспечения работоспособности системы передачи информации необходимо чтобы приемник мог распознать сигнал на фоне помех. Самым главным параметром качества канала передачи является отношение уровня сигнала к уровню шумов - SNR (Signal to Noise Ratio). Этот параметр выражается в децибелах:

P_{RX_SIGNAL}, P_{RX_NOISE} - мощности сигнала и шума на стороне приемника. При малом значении информация неразличима на фоне шума. Увеличение SNR возможно двумя путями: увеличением уровня передаваемого сигнала и уменьшением шумов.

Сигнал

Уровень принимаемого сигнала зависит от мощности передатчика и ослабления (затухания) сигнала в линии. Казалось бы, что уровень сигнала можно поднять сколь угодно сильно увеличивая мощность передатчика, но на этом пути есть принципиальное ограничение. Передатчик на абонентской стороне не имеет права выдавать энергии больше чем указано в стандарте [1,2]:

По вертикальной оси отложено значение спектральной мощности сигнала PSD в расчете на 1 Гц. Из графика видно, что максимальное значение мощности приходится на полосу от 25,875 кГц до 138 кГц, т.е. на диапазон потока от абонента к станции. Суммарная мощность сигнала в этом диапазоне может быть получена интегрированием спектральной плотности по частоте и составит величину в 13,3 дБм (с учетом запаса) [2]. Превышение этой мощности преследуется по закону. Более того, стандарт [6] оговаривает возможность снижения мощности для уменьшения излучаемых шумов, если связь при этом не ухудшается.

Аналогично для передатчика со стороны станции имеется набор ограничительных масок для различных типов обмена:

Маска для downstream с перекрытием спектра. Суммарная мощность передатчика составляет 20,4 дБм [2].

Маска для downstream без перекрытия спектра с upstream. Суммарная мощность передатчика составляет 19,9 дБм [2].

Итак, мощность сигнала передатчика ограничена законодательно и увеличение уровня сигнала, поступающего в приемник можно обеспечить только уменьшением затухания в линии.

Рабочее затухание в линии определяется величиной IL (Insertion Loss), выражаемой в децибелах:

P_{TX_SIGNAL} -мощность передаваемого сигнала, P_{RX_SIGNAL} - мощность сигнала, прошедшего через линию в приемник.

Почему передаваемый сигнал затухает?

Давайте проследим путь сигнала от передатчика к приемнику

1. Отражения. Передатчик с выходным сопротивлением R_TX старается выдать мощность равную P_{TX_SIGNAL} в линию с характеристическим входным импедансом Z_in.

   

   Если R_TX = Z_in, то вся мощность передатчика передастся в линию (по определению мощности передатчика). При несогласованности передастся только часть, остальная отразится от неоднородностей линии - отражение происходит как в местах подключения аппаратуры, так и на собственных неоднородностях линии (муфты, отводы, слишком резкие изгибы кабеля, дефекты изоляции и пр.). Источник возвратных потерь - неоднородности линии - можно достаточно наглядно наблюдать с помощью рефлектометра.

   Несогласованность линии определяется параметром - "затухание несогласованности" или "возвратные потери". Мы будем пользоваться величиной RL (Retern Loss) - возвратные потери:

   

   Возвратные потери зависят от частоты. Измерение RL проводится для линии, нагруженной на дальнем конце аппаратурой или нагрузочным сопротивлением 100 Ом. ЧХ (частотную характеристику) RL снимают во всем рабочем диапазоне ADSL.

   а) Контрольный параметр: RL.
   б) Контроль: рефлектометром (с кросса и от абонента).

2. При передаче часть энергии теряется на активном сопротивлении жил кабеля. Чем меньше это сопротивление - тем лучше. Значительное ограничение по сопротивлению шлейфа связано не только с расстоянием, но и с частотной зависимостью R_LOOP за счет скин-эффекта [7]:

   

   Коэффициенты ac и roc для кабеля в полиэтиленовой изоляции:

   Диаметр жилы [мм]	roc [7]	ac [7]
   0,32	4,18E-01	7,00E-13	2,30E-11
   0,4	2,71E-01	1,71E-13	3,14E-11
   0,5	1,74E-01	7,35E-14	7,98E-11
   0,65	1,05E-01	2,44E-14	2,02E-10
   0,9	5,63E-02	6,49E-15	6,46E-10

   В полосе звуковых частот сопротивление меняется незначительною, однако при увеличении частоты до 1000 кГц сопротивление увеличивается примерно в 3 раза для кабеля с диаметром 0,5 мм.

   Ситуацию портят различные муфты, скрутки и прочие соединения, увеличивая общее сопротивление шлейфа. Длину кабеля изменить нельзя, а качество соединений можно контролировать по сопротивлению шлейфа и омической асимметрии пары. Они должны соответствовать нормативным значениям.

   Контрольный параметр: Rшл, Ra
   
   

3. Часть энергии будет теряться за счет утечек через диэлектрик, особенно в тех случаях, где есть дефекты изоляции как жила-жила, так и жила-земля.

   Контрольный параметр - сопротивление изоляции R_AB, R_AC, R_BC

4. Часть энергии теряется на излучение и поляризацию диэлектрика (диэлектрические потери).

Совокупность всех перечисленных механизмов приводит к затуханию сигнала, которое выражается общим параметром "рабочее затухание" IL (Insertion Loss). Если IL находится на недопустимо высоком уровне, то измерение соответствующих контрольных параметров позволяет найти и устранить причину аномально высокого затухания.

Шум

Если затухание в линии определяется ее длиной, мы имеем дело со случаем, когда улучшение ситуации невозможно. Иначе обстоит дело с помехами в линии. С ними можно бороться, выбирая наиболее защищенные пары и устраняя источники помех. Можно выделить четыре механизма возникновения шума в рабочей жиле. Они приведены по степени влияния на канал ADSL:

1. Шум от других пар в том же кабеле.

   Этот тип шума наиболее опасен и зависит от следующих факторов:

   • Качества кабеля связи (не только своей пары, но и других загруженных пар)
   • Типа сигналов, передаваемых по другим парам (влияющим)
   • Степени загрузки кабеля сильно шумящими сигналами
   • Взаимного расположения влияющей пары и пары подверженной влиянию

   А. Причиной высокого уровня помех может быть разбалансировка пары. Высокая асимметрия приводит к повышенной чувствительности пары к внешним помехам и увеличению уровня излучаемых помех. Баланс пары может быть проконтролирован измерением емкости жил по отношению к земле. Более глубокое исследование балансировки пары - снятие частотной характеристики затухания асимметрии (Longitudinal balance).

   Измерения L_Bal (Longitudinal balance) проводятся для определения симметричности пары кабеля с подключенной на дальнем конце аппаратурой. Высокая асимметрия приводит к повышенной чувствительности пары к внешним помехам и увеличению уровня излучаемых помех. В соответствии с [1,6]:

   
   
   Аналогичная схема измерений реализована в Дельта-ПРО DSL (Связьприбор)

   Вместо оборудования на дальнем конце допускается включение резистора 100 Ом, однако в этом случае будет определена асимметрия только самой линии.

   Величина L_Bal как в сторону станции, так и по направлению к абоненту должна быть меньше -40 дБ в диапазоне от 30 КГц до 1104 КГц [1,6]. Если условие не удовлетворяется необходимо найти одну из возможных причин:

   • разбитость (перепутывание) пар в кабеле
   • некачественные муфты
   • слишком резкие изгибы кабеля
   • такая уж жила с плохой скруткой

   Поиск причин производят рефлектометром и мостовыми измерениями омической и емкостной асимметрии, сопротивления изоляции.

   Контрольный параметр: а) емкостная асимметрия жил к земле Сас - Свс б) ЧХ затухания асимметрии

   Б. Уровень переходных помех в линии. Если в "десятке" уже выделена пара под линию ADSL, то необходимо контролировать уровень помех в соседних парах для отбора наиболее защищенной пары. В идеале проводится суточный мониторинг помех на превышение допустимого уровня.

   Если "десятка" свободна от ADSL, то измерять собственно нечего: уровень шума, как правило, находится на уровне -140 дБм/Гц. Поэтому измерители часто пытаются определить степень защиты от переходных помех по переходному затуханию на ближнем конце (NEXT). Такую процедуру трудно назвать бесспорно значимой. Во-первых, ситуация на момент выделения второй пары может измениться. Во-вторых, процедура отбора по параметру NEXT требует большого количества измерений (49) и по большому счету должна проводиться на различных частотах. Все это значительно затрудняет достоверность оценки потенциальных помех. Поскольку выделять больше двух пар в десятке не рекомендуется, допустимо отобрать две пары с наименьшим влиянием друг на друга. Для отбора пары в свободной десятке можно выбрать 3-4 пары по результатам плановых измерений (контроль исправности) и отобрать две пары по результатам измерений переходного затухания между ними. Для отбора допустимо не нагружать линию на дальнем конце.

2. Шум от внешних источников по отношению к кабелю. Такими источниками могут быть блоки питания аппаратуры, мощные энергетические установки, радиостанции и пр. Найти источник шума и постараться уменьшить его влияние можно, проанализировав спектр шума.

   Контрольная характеристика: Спектральная плотность шума на абонентской стороне
   
   

3. Шум, возникающий от своего родного сигнала за счет неоднородностей линии. Действительно на неоднородных линиях возникают множественные отражения и по паре распространяется не только сам сигнал, но и его задержанные и искаженные копии.
   

   Контроль рефлектометром (с кросса и от абонента)
   
   

4. Собственный тепловой шум в шлейфе. Известное выражение дает величину среднеквадратичного напряжения теплового шума:

   ,
   k - постоянная Больцмана, T - абсолютная температура, R_LOOP - сопротивление шлейфа, B - полоса частот. Тепловой шум резко увеличивается на некачественных соединениях жил кабеля.

   Контрольный параметр - сопротивление шлейфа Rшл

С увеличением количества каналов широкополосного доступа ситуация с шумами становится все более драматичной. Здесь ничего поделать нельзя без прокладки новых кабелей.

Предварительное заключение

Измерения на линиях ADSL должны иметь четко поставленную задачу. Поводить весь комплекс возможных измерений для предварительной оценки качества линии представляется избыточным. Достаточно уверенно можно сделать предварительное заключение по плановым измерениям линии, а затем окончательно оценить качество линии по затуханию и уровню шумов на абонентской стороне линии. Если в линии отсутствуют сильные отражения и помехи, можно с достаточной степенью уверенности прогнозировать успешную установку ADSL на рекомендованных длинах. Однако если затухание и уровень помех не соответствуют нормативным допускам, необходимо устранить причину такого несоответствия. В этом случае могут потребоваться дополнительные измерения перечисленных выше контрольных параметров.

Плановые измерения

Система широкополосного доступа ASL изначально разрабатывалась применительно к существующим телефонным линиям. По этой причине линия признанная качественной для телефонии принципиально подходит для ADSL. Традиционно телефонные линии проверяются на:

• сопротивление изоляции R_AB, R_AC, R_BC
• электрическую емкость C_AB, C_AC, C_BC
• сопротивление шлейфа R_шл
• асимметрию шлейфа R_а
• асимметрию емкости dC_AB = C_AC - C_BC

Итак, измеритель определил традиционный набор параметров. Вопрос: подходит для ADSL или нет?

Сопротивление изоляции

Если подходит для телефонии, то подойдет и для ADSL Примечание: специалисты Самарского ф-ла Волга-Телекома отметили случаи, когда сообщение на уровне 10 – 15 МОм существенно увеличивало уровень помех. После ремонта помехозащищенность линии заметно улучшалась.

Электрическая емкость

Емкость пары должна соответствовать нормативам для данного типа кабеля и его длины. Если емкость пары отличается от нормативной более чем на 10%, необходимо искать причину. Возможные причины: разбитость пар, параллельные КРТ на распределительном кабеле, конденсаторы на телефонных розетках

Сопротивление шлейфа

Сопротивление шлейфа должно соответствовать нормативам. Если Rшл отличается от нормативной величины более чем на 10%, необходимо искать причину. Возможные причины: вставки, непропай муфт и соединений, окисление контактов на оконечных устройствах(РШ,КРТ, …), неправильно определена длина линии.

Асимметрия шлейфа

Если подходит для телефонии, то подойдет и для ADSL.

Емкостная асимметрия

Если подходит для телефонии, то подойдет и для ADSL.

Экспертные измерения

Ограничения ADSL связаны с большим затухание сигнала на высоких частотах и, как следствие, уменьшением длины линий поддерживающих широкополосный доступ. Поэтому частотные измерения характеризуются как экспертные.

Рабочее затухание линии

Рабочее затухание в линии IL (Insertion Loss) [дБ] является интегральной характеристикой, отражающей затухание сигнала, вызванное всей совокупностью факторов:

,

P_{TX_SIGNAL} -мощность передаваемого сигнала, P_{RX_SIGNAL} - мощность сигнала, прошедшего через линию в приемник. Рабочее затухание в линии должно соответствовать нормативам. В противном случае необходимо искать причину аномально высокого затухания.

АЧХ затухания сигнала, снятая прибором Дельта-ПРО DSL (Связьприбор). Выделенная линия ADSL для школы №22, Тверская ГТС. Затухание соответствует длине линии.

Спектр шума

Не допускаются всплески помех выше уровня -90 дБм/Гц. Спектр шума N(f) позволяет определить источники помех. Так помеха от работающей на том же кабеле аппаратуры АВУ может помешать передаче пилот-сигнала ADSL с частотой 69 кГц. По измеренному затуханию и спектру шума определяют скоростной потенциал линии.

Спектр шума, снятый прибором Дельта-ПРО DSL (Связьприбор). Выделенная линия ADSL для школы №22, Тверская ГТС. Не отключено АВУ (64 кГц).

Отношение сигнал шум и оценка скоростного потенциала линии

Отношение сигнал шум SNR[дБ], является общей характеристикой линии связи и позволяет оценить скоростной потенциал. Отношение определяется как

Уровень сигнала в приемнике определяется максимальным уровнем передатчика в отдельном частотном канале (стандартизовано: P_{TX_SIGNAL} = -36,5 дБм/Гц) и рабочим затуханием IL :

Si = -36,5 + IL

Действительно, как рассматривалось выше, ADSL модемы назначают количество передаваемых бит по отдельному частотному каналу исходя из величины SNR . Общая скорость потока может быть рассчитана по формуле:

здесь SNR_I - отношение сигнал-шум в i-том частотном канале. Суммирование производится по всем каналам, используемым в конкретном направлении (upstream или downstream).

Определение скоростного потенциала может быть вычислено на основании измерения рабочего затухания IL_I и шума N_I в каждом частотном канале:

V_i = 4000 (-36,5 + IL_i - N_i)/3

Для определения скоростного потенциала необходим просуммировать скорости по всем бинам потока.

Скоростной потенциал - совокупная экспертная характеристика линии для ADSL. Недостаточная скорость в целом или по отдельным бинам может быть расценена как повод к дополнительным измерениям для устранения причин низкой скорости. Эти измерения могут рассматриваться как факультативные при подготовке линии.

Скоростной потенциал выделенной линии ADSL для школы №22, Тверская ГТС. Биновая характеристика получена Дельта-ПРО DSL (Связьприбор).

Факультативные измерения

Возвратные потери

В случае аномально высокого затухания в линии измеряют возвратные потери. Их уровень не должен превышать -16 дБ [10]. Если допуск не выдержан, необходимо провести поиск неоднородностей в линии. Это могут быть плохие муфты, вставки, непропай муфт и соединений, окисление контактов на оконечных устройствах(РШ,КРТ, ...).

Частотная зависимость асимметрии линии

В случае высокого уровня помех проводят измерения затухания асимметрии. Вместо оборудования на дальнем конце допускается включение резистора 100 Ом.

Величина L_Bal как в сторону станции, так и по направлению к абоненту должна быть меньше -40 дБ в диапазоне от 30 КГц до 1104 КГц [1,6]. Если условие не удовлетворяется, проводят поиск возможных причин. Это могут быть разбитость (перепутывание) пар в кабеле, некачественные муфты, резкие изгибы кабеля.

Переходное влияние

Параметры переходного влияния на ближнем NEXT и дальнем конце FEXT не так существенны для ADSL с разделением спектра сигналов на прием и передачу.

Подготовка выделенной линии для ADSL

Термины

Табл.1

1	Уровень помех (шум)	NOISE	дБм/Гц
2	Рабочее затухание сигнала (АЧХ)	INSERTION LOSS	дБ
3	Переходное затухание на ближнем конце	NEXT	дБ
4	Затухание асимметрии	LONGITUDINAL BALANCE	дБ
5	Затухание неоднородности	RETURN LOSS	дБ
6	Сопротивление изоляции	Rиз	МОм
7	Погонная емкость пары	Сп	нФ
8	Емкость пары	Сав	нФ
9	Емкость жилы по отношению к земле	Сас, С вс	нФ
10	Емкостная асимметрия	dС (Cас – Свс)	нФ
11	Погонное сопротивление шлейфа	Rп	Ом
13	Сопротивление шлейфа	Rшл	Ом
14	Омическая асимметрия	Ra	Ом

Средства измерений

Табл.2

1	Измерение Rиз, Rшл, Ra, С ав/ ас/ вс	Дельта-ПРО DSL, любые модели ИРК-ПРО (Связьприбор)
2	Частотные измерения (затухание, шум)	Дельта-ПРО DSL, генератор Дельта (Связьприбор)

Этапы подготовки линии

Применяемая пара перед использованием для создания цифровой линии должна быть проверена и удовлетворять следующим требованиям:

• сопротивление изоляции должно соответствовать действующим нормативам
• в паре должны отсутствовать нагрузочные катушки
• в уплотняемом кабеле должна отсутствовать разбитость пар
• в кабеле связи должны отсутствовать параллельные КРТ на распределительном кабеле
• для цифрового уплотнения рекомендуется использовать повивной кабель одного сечения, направление повивов одностороннее

Предварительный отбор пар в кроссе. Использование более 2-х пар для ADSL в десятке не рекомендуется.

Вариант А. Десятка свободна от аппаратуры ADSL. Пары отбирают по соответствию нормам на плановые измерения. Между отобранными парами проводят измерение переходного затухания на частоте 1024 кГц. Отбирают две пары с минимальным переходным влиянием. Допускается отбор без нагрузки пар.

Вариант B. В десятке имеется пара ADSL. Необходимо отобрать вторую пару. Вторую пару отбирают по минимальному уровню помех. Затем проводят контроль на соответствие нормам на плановые измерения и просмотр линии рефлектометром. Окончательный отбор пар проводится со стороны абонента на КРТ по скоростному потенциалу. 1 этап. Станционные измерения.
Плановые измерения.

Табл. 3. Протокол плановых измерений

Параметр	Результат измерения	Допустимое значение	Режимы
Rиз		Норматив плановых измерений	Изоляция, фильтр
Cав Сас Свс dС(AC-ВС)		(45 нФ x L) +10% - - норматив	Емкость, фильтр
Rшл		(Rп x L) + 10%	Шлейф, фильтр
Ra		норматив	Асимметрия

Примечание: Проверку шлейфа и емкости пары на соответствие нормам можно проводить в обратном порядке (перевод электрической длины в метрическую). Для этого выбирают соответствующую марку кабеля (с указанием температуры почвы) в Списке кабелей Дальта-ПРО DSL. По умолчанию при включении прибор выбирает ТПП 0,5. При измерении емкости и шлейфа прибор сам пересчитывает результат в длину кабеля. Проверка осуществляется по соответствию истинной длине кабеля ± 10% (для кабелей без вставок другой марки).

Просмотр линии рефлектометром. В уплотняемом кабеле должны отсутствовать разбитость пар, параллельные КРТ, нагрузочные катушки. Также можно визуально оценить качество муфтовых соединений. Рефлектограмма должна быть однородной по всей длине линии.

Измерение уровня и спектра помех. Исследуют спектр шума и уровень помех в режиме "ШУМ" c усилением. Для спектральной плотности имеются допуски в пересчете в дБм/Гц:

Табл. 4. Допуски уровня помех

Частотный диапазон	До 200 кГц	200 - 2200 кГц
Спектральная плотность	100 дБм/Гц	90 дБм/Гц

Картину спектра помех заносят в память прибора для последующего протоколирования. Спектр сохраняется в Дельта-ПРО DSL одним нажатием кнопки «ПАМЯТЬ».

Отбор по переходному затуханию. Проводится для ADSL-свободной десятки. В режиме "УП" в отобранные пары поочередно подают генератором сигнал 1024 кГц, измеряя уровень сигнала в остальных отобранных парах. Находят пары с наилучшей защищенностью по переходным помехам. Допускается отбор без нагрузки пар. Для варианта с нагрузкой к парам на дальнем конце магистрали в распределительном узле подключают сопротивление 120 Ом.

2 этап. Измерения на абонентской стороне

В кроссе с линейной стороны подключают генератор Дельта в режиме цикла 128 частот (генератор по циклу проходит 128 ADSL-частот с паузой для измерения шумов). В этом режиме (без оператора на станционной стороне) измеритель может снять скоростной потенциал линии на любом участке. Процедуру измерения и анализа скоростного потенциала запускают кнопкой «V~», после синхронизации с генератором прибор автоматически определяет скоростной потенциал, а в новой модели – потери на шум и в линии. Если потерь нет и скоростной потенциал соответствует длине линии, выбор пары можно считать оптимальным. Если существуют потери, необходимо выбрать пару с минимальными потерями (максимальной скоростью). Завершив отбор пары на КРТ, измеритель снимает скоростной потенциал непосредственно у абонента и заносит его в память прибора (кнопка «ПАМЯТЬ»). Вместе с потенциалом (биновая характеристика) прибор фиксирует в памяти АЧХ (затухание сигнала) и спектр шумов.

3 этап. Поиск причин неисправности линии.

Возможные варианты:

• не удается подобрать линию, удовлетворяющую допускам
• жалобы пользователя на плохую работу широкополосного доступа
• авария на линии

1. Поиск и устранение причин неисправности линии ADSL рекомендуется проводить последовательно по участкам, отсекая неисправные по резкому падению скоростного потенциала на линии и несоответствию его длине линии (на станции должен быть включен генератор Дельта в автоматическом цикле по 128 частотам). Часто проблему могут создавать элементы защиты и некачественные соединения на кроссе. Каждая абонентская линия имеет ряд своих особенностей, заключающихся, помимо всего, в прокладке кабеля, в специфике прохождения распределения (близость силовых кабелей и установок, наличие постоянных и периодических внешних помех и т.д.). После определения неисправного участка проводят на нем детальные измерения:

2. Результаты плановых измерений не соответствуют нормам. Устранение данной неисправности линии заключается в проведении стандартного ремонта кабеля, упорядочении монтажа в распределительных шкафах, чистке плинтов и т.д.

3. Затухание в линии выше нормы. Если скоростной потенциал не соответствует длине линии, возможны следующие причины: длина линии больше, или в линии аномально высокое затухание. В последнем случае проводят поиск неисправности. Начиная с длины кабеля 800 м несоответствие приводит к потери скорости ориентировочно в 1Мгбит/с на 300м, добавленных к длине кабеля в пересчете. Это происходит из-за дополнительных потерь в линии. Для обнаружения неоднородности линии с абонентской стороны и с кросса просматривают линию рефлектометром.

   Проводят контроль затухания неоднородности в диапазоне от 32 до 1 100 кГц (ADSL) или 2 200 кГц (ADSL2+) в режиме "АЧХ". На дальнем конце кабеля должна быть подключена аппаратура или нагрузочное сопротивление 100 Ом. Затухание не должно превышать -16 дБ. Если уровень затухания выше допустимого, это означает высокую неоднородность линии. На рефлектометре должны быть видны участки неоднородности.

4. Помехи.

   В случае значительных потерь на шум, исследуют спектр помех. Если в спектре помех наблюдаются выраженные пики, по спектру помех определяют источник. Пик на частоте около 64 кГц означает, что не отключено АВУ.

   Для оценки всплесков помех проводят суточный мониторинг помех по уровню - 90 дБм/Гц. Прибор Дельта-ПРО DSL работает в режиме "ШУМ"/ "импульс"/ уровень 60 дБ. В этом режиме фиксируются превышения заданного уровня в течение суток. Спектр и время возникновения помех заносятся в память прибора. Для поиска источника помех необходимо убедиться в защищенности пары.

   Контроль защищенности пары.

   Измерение затухания асимметрии. Для контроля в режиме "АЧХ" снимают частотную характеристику затухания асимметрии в диапазоне от 32 до 1 100 кГц (ADSL) или 2 200 кГц (ADSL2+). Затухание асимметрии - параметр, по которому контролируют сбалансированность пары. Разбалансировка пары приводит к потере защищенности пары от помех в магистрали. Если затухание асимметрии выше -40 дБ, пара считается неисправной, ее использовать невозможно. Пара должна быть проверена на разбитость рефлектометром. До последнего времени считалось, что поиск причин затруднителен. Уникальный метод локализации сосредоточенной асимметрии дает измерителям новые возможности. Что может служить причиной нарушения симметричности пары? Возможные варианты: элементы защиты и некачественные соединения на кроссе; некачественные муфты и скрутки; дефекты изоляции (в частности, возникновение «сообщения» с соседней парой), разбитость пары. Некачественные соединения приводят к омической асимметрии пары. Нарушения изоляции сопровождаются снижением сопротивления по отношению к земле или соседним жилам. Эти дефекты могут быть локализованы новым методом симметричной рефлектометрии. Подробное описание см. здесь

1. ITU-T G992.1 " Asymmetrical digital subscriber line (ADSL) transceivers"
2. ETSI TS 101 388 V1.3.1 (2002-02), "Transmission and Multiplexing (TM); Access transmission systems on metallic access cables; Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) - European specific requirements [ITU-T G.992.1 modified]"
3. ITU-T G994.1 "Handshake procedures for digital subscriber line (DSL) transceivers"
4. ITU-T G992.2 " Splitterless asymmetrical digital subscriber line transceivers"
5. Евгений Евдокименко, Мария Суханова " Прогнозы в области VDSL и ADSL2+" ww.telforum.ru/vesti/2004/12/21_03.htm
6. ITU-T G992.3 "Приемопередатчики асимметричной цифровой абонентской линии 2 (ADSL2)"
7. ITU-T G996.1 "Test procedures for digital subscriber line (DSL) transceivers"
8. Jose Caballero, Francisco Hens, Roger Segura, Andreu Guimera "Installation and Maintenance of SDH/SONET, ATM, xDSL and Synchronization Networks"
9. U-R2 Interface of ADSL Systems. 1TR112. T-Com Version 09.2005
10. Кочеров А.В. Что нужно измерять для определения причин недостаточной эксплуатационной надежности xDSL. "Телемультимедиа" №5 2005
11. Брискер А.С. и др. Городские телефонные кабели. Справочник. Радио и связь, Москва, 1991

О. Жуленко, В.Горохов © 2011

Данные были получены с помощью стандартного прибора ИРК-ПРО Альфа, использующего для тестирования линии встроенный модем.